騎行拐彎預(yù)警智能休閑騎行服設(shè)計(jì)研究

柳玉營(yíng),王朝暉,劉歡歡

(1.東華大學(xué) 服裝藝術(shù)與設(shè)計(jì)學(xué)院,上海 200051; 2.東華大學(xué) 現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,上海 200051;3.上海市紡織智能制造與工程一帶一路國(guó)際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,上海 200051)

近年來,以休閑、娛樂、通勤為目的而進(jìn)行騎行運(yùn)動(dòng)的騎行愛好者數(shù)量呈爆發(fā)式增長(zhǎng),但是消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的騎行需求和自行車騎行拐彎安全性差之間的矛盾尚未得到解決。

自行車缺乏轉(zhuǎn)彎信號(hào)系統(tǒng),因此交通法規(guī)規(guī)定[1]自行車在轉(zhuǎn)向時(shí)需要用手來指示轉(zhuǎn)彎方向。但是許多人并不了解或不使用手勢(shì)預(yù)警,且在非機(jī)動(dòng)車道,自行車與電動(dòng)車共同行駛,車況復(fù)雜,突然伸手指示,存在被高速車輛撞到的風(fēng)險(xiǎn)[2],而且單手扶車把手會(huì)降低騎行者對(duì)突發(fā)情況的應(yīng)急處理能力。此外由于惡劣天氣或者光照條件,駕駛員手勢(shì)預(yù)警效果會(huì)降低,因此設(shè)計(jì)一套易于識(shí)別理解的安全的自行車拐彎預(yù)警系統(tǒng)很有必要。

目前各國(guó)學(xué)者都在積極研發(fā)關(guān)于騎行警示功能的智能可穿戴產(chǎn)品。根據(jù)警示原理主要分為以開關(guān)控制警示和以運(yùn)動(dòng)傳感器感應(yīng)控制警示2種警示方式。開關(guān)控制是指通過遙控器開關(guān)來操縱自行車上或者是可穿戴設(shè)備上增添的發(fā)光二極管(LED)指示燈來指示拐彎方向,如直接安裝的自行車車燈[3]、附加在可穿戴設(shè)備上的Zackees騎行發(fā)光手套[4]、轉(zhuǎn)向燈背心[5]、Lumos智能騎行頭盔[6]等。開關(guān)手動(dòng)控制進(jìn)行拐彎預(yù)警比較準(zhǔn)確,但是比較麻煩,這種方式極依賴于個(gè)體交通安全意識(shí),許多人并未養(yǎng)成打轉(zhuǎn)向燈的習(xí)慣。目前的研究方向多以運(yùn)動(dòng)傳感器智能感應(yīng)控制為主,運(yùn)動(dòng)傳感器感應(yīng)控制是指通過運(yùn)動(dòng)傳感器來感應(yīng)拐彎時(shí)的騎行姿勢(shì)傾斜變化[7-8]或者手臂伸出示意拐彎時(shí)的動(dòng)作變化來控制自行車或者可穿戴設(shè)備上附加的LED轉(zhuǎn)向指示燈開關(guān)。運(yùn)動(dòng)傳感器主要包括傾斜傳感器[9]、加速度傳感器[10-11]等。通過運(yùn)動(dòng)傳感器自動(dòng)識(shí)別拐彎姿勢(shì)變化并進(jìn)行預(yù)警比較方便智能,但騎行姿勢(shì)變化后才開始警示,此時(shí)已經(jīng)開始拐彎,達(dá)不到預(yù)警的效果,且手臂伸出示意很危險(xiǎn)。此外運(yùn)動(dòng)傳感器感應(yīng)準(zhǔn)確度受騎行姿勢(shì)個(gè)體差異度以及環(huán)境因素影響。騎行拐彎預(yù)警智能可穿戴的及時(shí)性和安全準(zhǔn)確性問題亟需得到解決。

本文在前人的基礎(chǔ)上,針對(duì)騎行拐彎智能可穿戴的警示不及時(shí)性,利用高德地圖應(yīng)用程序自帶的騎行拐彎前預(yù)警提示信息來控制防水LED燈條發(fā)光,設(shè)計(jì)能及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行拐彎預(yù)警的智能騎行服。騎行服具備拐彎前自動(dòng)提前預(yù)警的功能可以更好地保障騎行者的安全,提高自行車拐彎以及夜間騎行的安全性。

1 拐彎預(yù)警功能騎行服技術(shù)設(shè)計(jì)

1.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在拐彎預(yù)警騎行服發(fā)光系統(tǒng)的搭建中,為了實(shí)現(xiàn)智能發(fā)光系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)發(fā)光效果,可控發(fā)光系統(tǒng)的搭建包含硬件部分的設(shè)計(jì)和軟件程序的搭建以及發(fā)光服裝的制作,總體框架如圖1所示。

軟件模塊以用戶手機(jī)為載體,Android APP開發(fā)為平臺(tái),通過引入免費(fèi)的高德應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface, API),開發(fā)具有騎行導(dǎo)航功能及拐彎預(yù)警功能APP。硬件模塊包括藍(lán)牙、單片機(jī)主板、小燈。Arduino單片機(jī)通過藍(lán)牙接收手機(jī)APP的拐彎信號(hào),單片機(jī)在經(jīng)過開發(fā)編程后,可以利用開發(fā)板上的微控制器向小燈發(fā)送控制命令實(shí)現(xiàn)發(fā)光。供電模塊為整個(gè)發(fā)光系統(tǒng)提供電源。

1.2 軟件設(shè)計(jì)

手機(jī)已成為人們的生活必備品,騎行者在出行時(shí)經(jīng)常會(huì)使用地圖APP或者騎行類APP進(jìn)行導(dǎo)航。目前智能手機(jī)操縱系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)激烈,Android系統(tǒng)以其獨(dú)特的開放性、舒適的開發(fā)環(huán)境以及低成本等眾多優(yōu)點(diǎn)占據(jù)了廣闊的市場(chǎng)[12],因此本文以Android系統(tǒng)進(jìn)行騎行APP的開發(fā)。高德地圖是國(guó)內(nèi)使用率較高的免費(fèi)地圖導(dǎo)航軟件,高德地圖的API端口是一組基于云的地圖服務(wù)接口,向開發(fā)者提供了Android平臺(tái)地圖開發(fā)的技術(shù)支持,Android應(yīng)用程序可通過調(diào)用高德地圖API接口的方法實(shí)現(xiàn)地圖相關(guān)功能[13]。本文調(diào)用面向個(gè)人開發(fā)者開放的免費(fèi)高德API接口,主要使用高德地圖向Android平臺(tái)提供的Android地圖SDK、Android定位SDK和Android導(dǎo)航SDK 3項(xiàng)開發(fā)支持,在Android開發(fā)平臺(tái)上開發(fā)具有用戶定位、路線規(guī)劃和騎行導(dǎo)航功能的手機(jī)APP。

進(jìn)行Android開發(fā)首先需要搭建Android開發(fā)環(huán)境,開發(fā)環(huán)境搭建完成后需要從高德開放平臺(tái)打包下載所需要的Android SDK,作為個(gè)人開發(fā)者可以在高德地圖開發(fā)平臺(tái)免費(fèi)獲取密鑰來使用高德地圖SDK接口并實(shí)現(xiàn)其功能。在Android Studio工程的AndroidMainfest.xml獲得使用許可后便可進(jìn)行APP開發(fā)[14]。手機(jī)APP設(shè)計(jì)界面如圖2所示,共有5個(gè)模塊:藍(lán)牙搜索、測(cè)試前進(jìn)、測(cè)試左轉(zhuǎn)、測(cè)試右轉(zhuǎn)、進(jìn)入導(dǎo)航。藍(lán)牙搜索需打開手機(jī)藍(lán)牙,與硬件藍(lán)牙連接成功后可進(jìn)行信號(hào)傳輸;測(cè)試前進(jìn)、測(cè)試左轉(zhuǎn)、測(cè)試右轉(zhuǎn)可在使用前測(cè)試藍(lán)牙是否連接成功;進(jìn)入導(dǎo)航接入高德API接口,選擇目的地后便可進(jìn)行騎行導(dǎo)航。

為了達(dá)到騎行拐彎預(yù)警發(fā)光的目的,Android端手機(jī)APP需通過拐彎預(yù)警信息的識(shí)別及分類算法來對(duì)導(dǎo)航預(yù)警提示信息進(jìn)行識(shí)別分類。首先使用回調(diào)函數(shù)獲取導(dǎo)航語音播報(bào)信息文字,即:public void on Get Navigation Text(String text),然后對(duì)信息文字進(jìn)行關(guān)鍵字識(shí)別和分類,將不同分類結(jié)果通過手機(jī)藍(lán)牙以數(shù)字0～4形式輸出。語音提示信息關(guān)鍵詞分類及其對(duì)應(yīng)的藍(lán)牙輸出信息如表1所示。

表1 語音提示信息關(guān)鍵詞分類及其輸出結(jié)果信息對(duì)應(yīng)表Tab.1 Keyword classification of voice prompt information and its output result information correspondence table

1.3 硬件設(shè)計(jì)

為了降低智能可穿戴設(shè)備對(duì)服裝舒適度的影響,硬件優(yōu)先考慮尺寸小、易于操作、使用方便的電子元器件。

本文設(shè)計(jì)中單片機(jī)選擇Arduino Nano控制板作為數(shù)據(jù)處理模塊。Arduino Nano體積較小,是Arduino USB接口系列單片機(jī)的微型版本,其處理器核心是ATmega328P。Arduino板上的微控制器利用Arduino編程語言和Arduino開發(fā)環(huán)境編寫程序,編譯成二進(jìn)制文件,燒錄進(jìn)微控制器。微控制器發(fā)送控制命令來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能[15]。

藍(lán)牙通信技術(shù)是一種短距離無線通信技術(shù),藍(lán)牙體積小、質(zhì)量輕、功耗低、響應(yīng)快,已廣泛應(yīng)用于智能可穿戴領(lǐng)域。藍(lán)牙選用低功耗、低成本的HC-06模塊,HC-06模塊是一款高性能從機(jī)藍(lán)牙2.0串口模塊,是基于 Bluetooth Specification V 2.0 帶 EDR 藍(lán)牙協(xié)議的數(shù)傳模塊,模塊大小為27 mm×13 mm×2 mm,自帶LED狀態(tài)指示燈,可直觀觀察藍(lán)牙連接狀態(tài)。HC-06可與手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行連接,實(shí)現(xiàn)硬件與手機(jī)的聯(lián)通。

LED燈是一種冷光源,對(duì)人體幾乎無危害,具有環(huán)保、體積小、質(zhì)量輕、能耗低、亮度可控和光線擴(kuò)散范圍大等特點(diǎn),本文系統(tǒng)選用3個(gè)電壓為5 V、 寬度為5 mm的防水LED軟燈條,工作電壓4.0～6.0 V,工作電流為20 mA。LED軟燈條每個(gè)燈珠均獨(dú)立可任意裁剪,使用2P(具有2個(gè)連接端口)LED燈條免焊接頭L型卡扣將2段燈條連接,設(shè)計(jì)成圖案簡(jiǎn)明的箭頭指示圖案。燈條電線與對(duì)應(yīng)的XH-2P端子線焊接,焊接后可在硬件開發(fā)板預(yù)留的接口端自由拔插,可拆卸端口設(shè)計(jì)保障了智能服裝的可拆卸性。LED燈條自帶背膠,通過強(qiáng)力背膠魔術(shù)貼固定在戶外騎行服上,方便拆卸,穿戴后穿著者在較遠(yuǎn)處也可被周邊的人發(fā)現(xiàn),起到拐彎預(yù)警作用。LED燈條設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 LED燈條設(shè)計(jì)Fig.3 LED light bar design

系統(tǒng)電源選擇充電鋰電池(藍(lán)途電子科技有限公司),該鋰電池長(zhǎng)97 mm、寬60 mm、電壓5 V、容量為5 000 mA·h,具備質(zhì)量輕、體積小、功耗低、容量大的特點(diǎn),可滿足智能服裝輕便化以及全天候穿著使用的需求。

硬件設(shè)備電路原理圖如圖4所示。LED燈條1、2、3分別代表左轉(zhuǎn)信號(hào)燈、直行信號(hào)燈、右轉(zhuǎn)信號(hào)燈,通過單片機(jī)編程控制LED燈條發(fā)光。

圖4 電路原理圖Fig.4 Circuit Schematic

當(dāng)整套智能設(shè)備接入電源后,系統(tǒng)開始工作并且確認(rèn)藍(lán)牙設(shè)備是否連接正確。確保藍(lán)牙連接成功后,Android端手機(jī)APP通過藍(lán)牙將結(jié)果信息傳輸至單片機(jī)端,Arduino 控制板根據(jù)不同結(jié)果信息控制 LED燈條發(fā)光。騎行拐彎預(yù)警發(fā)光控制邏輯圖如圖5所示。

圖5 單片機(jī)控制發(fā)光邏輯圖Fig.5 Microcontroller control light-emitting logic diagram

藍(lán)牙HC-06接收到手機(jī)輸出的結(jié)果信息,結(jié)果信息為“0”時(shí),騎行導(dǎo)航剛開始,LED燈1、2、3全亮;當(dāng)結(jié)果信息為“1”時(shí),即將要左轉(zhuǎn)或者向左掉頭,此時(shí)只有LED燈1亮起;當(dāng)結(jié)果信息為“2”時(shí),正在直行或者剛拐完彎準(zhǔn)備直行時(shí),此時(shí)只有LED燈2亮起;當(dāng)結(jié)果信息為“3”時(shí),即將右轉(zhuǎn),此時(shí)只有LED燈3亮起;當(dāng)結(jié)果信息為“4”時(shí),騎行導(dǎo)航即將結(jié)束,3個(gè)LED燈全滅。

2 拐彎預(yù)警功能騎行服設(shè)計(jì)方案

2.1 設(shè)計(jì)原理

騎行服的設(shè)計(jì)是為了使騎行過程更舒適,為騎行者提供安全保護(hù)。專業(yè)騎行服可以讓騎行運(yùn)動(dòng)員在比賽中有更好的發(fā)揮,但是專業(yè)騎行服并不能很好地滿足業(yè)余騎行愛好者全天候多場(chǎng)合的穿著需求。以休閑、娛樂、通勤為目的的業(yè)余騎行愛好者更注重騎行服的外觀時(shí)尚度。騎行愛好者的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度、時(shí)長(zhǎng)以及裝備的安全系數(shù)與專業(yè)騎行運(yùn)動(dòng)員有很大差異,業(yè)余騎行愛好者特殊的身體、心理以及運(yùn)動(dòng)需求促使了城市休閑騎行服的誕生。城市休閑騎行服外觀接近常規(guī)休閑服裝,騎行者下車后可以隨時(shí)融入周圍環(huán)境。功能上結(jié)合騎行需求,兼具安全防護(hù)、防風(fēng)、防水等多種功能[16]。本文圍繞 “以人為本”的設(shè)計(jì)理念,綜合考慮服裝的設(shè)計(jì)造型、款式構(gòu)成、時(shí)尚美感、服裝結(jié)構(gòu)、服裝工藝、服用材料、人體工效等方面,設(shè)計(jì)更符合業(yè)余騎行愛好者騎行需求和心理需求的智能化騎行服。

2.2 結(jié)構(gòu)造型設(shè)計(jì)

造型是服裝設(shè)計(jì)中的重要元素,影響著服裝的外觀形態(tài)效果,依照從整體到細(xì)節(jié)、從外部到內(nèi)部的設(shè)計(jì)規(guī)律,造型因素可劃分為整體廓形造型與細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)造型[17]。

在休閑騎行服的設(shè)計(jì)過程中,從人體工學(xué)出發(fā),結(jié)合目標(biāo)群體的特殊心理需求進(jìn)行造型設(shè)計(jì)。騎行服款式見圖6,業(yè)余騎行愛好者對(duì)于騎行服全天候穿著的需求意味著休閑騎行服不需要像競(jìng)技騎行服一樣緊身,H型廓形外輪廓呈矩形,寬松的廓形穿著更舒適休閑,簡(jiǎn)潔的廓形設(shè)計(jì)更易與其他產(chǎn)品搭配。運(yùn)動(dòng)者在騎行過程中,上半身保持前傾狀態(tài),后片留出適量松量,下擺前短后長(zhǎng)設(shè)計(jì)可以更好地保護(hù)腰部[18]。下擺和袖口可調(diào)節(jié)尺寸的拉繩和調(diào)節(jié)扣設(shè)計(jì)可以在早晚驟冷時(shí)更好地防風(fēng)保溫?？刹鹦缎渥釉O(shè)計(jì)滿足騎行者在不同季節(jié)的穿著需求,穿脫、攜帶方便,增添了造型多樣性,適應(yīng)全天候的需求。外套領(lǐng)口處的立領(lǐng)設(shè)計(jì)可以通過紐扣調(diào)節(jié)與頸部的貼合度,達(dá)到防風(fēng)效果。手臂彎處設(shè)計(jì)的通風(fēng)進(jìn)風(fēng)口、前胸口袋通風(fēng)口和后背設(shè)計(jì)出風(fēng)多功能口袋組成了服裝的通風(fēng)系統(tǒng),拉鏈內(nèi)部襯有透氣網(wǎng)眼面料,打開拉鏈即可透氣排汗。拉鏈均采用反光拉鏈,戶外騎行時(shí)在燈光的照射下可以起到安全警示作用,提高騎行者夜間騎行安全性。

圖6 騎行服款式圖Fig.6 Cycling clothing style chart.(a) Front;(b) Back

騎行過程中背部幾乎不受騎行動(dòng)作的影響,將硬件部分裝在后背通風(fēng)口袋里既可以不受運(yùn)動(dòng)影響,而且隱蔽性強(qiáng),保持了服裝美觀性[19]。LED燈條用強(qiáng)力背膠魔術(shù)貼貼在服裝后背部,背部口袋遮擋布上端預(yù)留魔術(shù)貼隱藏通道,口袋內(nèi)有3個(gè)氣眼孔,端子線可以通過魔術(shù)貼隱藏通道進(jìn)入服裝外層和內(nèi)層面料之間,再穿過氣眼孔進(jìn)入口袋內(nèi),與口袋內(nèi)放置的硬件模塊通過接口端進(jìn)行耦合。警示圖案選擇簡(jiǎn)潔易懂的箭頭表示,更易被后方車輛理解,從而提高警示效果。打開預(yù)警系統(tǒng)后后方車輛可以清楚地看到拐彎預(yù)警顯示圖案。

2.3 色彩設(shè)計(jì)

業(yè)余騎行運(yùn)動(dòng)不受場(chǎng)地和時(shí)間的限制,而鮮亮的色彩滿足不了場(chǎng)合的不同變換,因此城市休閑騎行服的整體色調(diào)以相對(duì)中性的色調(diào)為主。米白色與其他款式、色彩的服裝的可穿搭性強(qiáng),在多種場(chǎng)合的變換下可以自如穿著,因此本文選擇相對(duì)中性的米白色作為服裝整體色調(diào)。城市休閑騎行服集時(shí)尚性、實(shí)穿性、功能性于一體,在保證整體色調(diào)易融于大環(huán)境的同時(shí),還要滿足服裝可視性的功能要求[17]。城市休閑騎行服的細(xì)部色彩設(shè)計(jì)要以整體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),與服裝功能性相呼應(yīng),因此服裝背部LED燈條的色彩設(shè)計(jì)為亮眼的熒光色。正常人眼對(duì)電磁波長(zhǎng)為555 nm的綠色區(qū)域最為敏感,為了使發(fā)光警示服裝發(fā)出的光線更容易被接受,駕駛員能夠及時(shí)地采取措施以應(yīng)對(duì)突如其來的交通變故,因此LED燈條選擇為熒光綠色。領(lǐng)子內(nèi)里選擇同樣的綠色與發(fā)光警示圖案相呼應(yīng),白綠拼色為整體服裝增加設(shè)計(jì)時(shí)尚感。

2.4 面料設(shè)計(jì)

城市休閑騎行服可適應(yīng)多場(chǎng)景變換的特點(diǎn)決定其面料需要兼具時(shí)尚美觀性與運(yùn)動(dòng)功能性。在滿足美學(xué)效果的前提下,還應(yīng)具有防風(fēng)、防水、排汗透濕等基本功能。本文設(shè)計(jì)騎行服外層采用滌綸,面料透氣率低,具有優(yōu)異防風(fēng)性;按照GB/T 4744—2013《紡織品 防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià) 靜水壓法》測(cè)試面料靜水壓指標(biāo)大于35 kPa,具有優(yōu)異的防水性能;按照GB/T 12704.2—2009《紡織品 織物透濕性能試驗(yàn)方法 第2部分:蒸發(fā)法》測(cè)試面料透濕性為3 491.36 g/(m2·24 h),透濕性滿足基本運(yùn)動(dòng)要求,持久防水,運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的水汽可以從內(nèi)部排出。內(nèi)襯采用透氣大網(wǎng)眼面料,超大透氣孔能夠迅速散熱,透氣導(dǎo)濕性能好,提高騎行者騎行過程的舒適性,2款面料如圖7所示。

圖7 騎行服面料Fig.7 Cycling clothing fabrics.(a) Polyester ;(b) Breathable mesh fabric

2.5 成衣展示

城市休閑智能騎行服成衣效果展示如圖8所示。

圖8 智能休閑騎行服成衣Fig.8 Smart leisure cycling clothing ready-to-wear.(a)Front;(b)Back;(c)Side

通風(fēng)系統(tǒng)部位包括側(cè)臂、胸前以及后背,打開拉鏈,內(nèi)層為透氣網(wǎng)眼面料。服裝細(xì)節(jié)如圖9所示,其中胸前及后背的通風(fēng)結(jié)構(gòu)除了通風(fēng)透氣外,還可以儲(chǔ)物。

圖9 騎行服通風(fēng)系統(tǒng)Fig.9 Cycling clothing ventilation system.(a)Side arm;(b)Chest;(c)Back

袖子通過拉鏈可進(jìn)行拆卸,拆卸后成衣成為馬甲,更易穿脫和搭配,具有四季可穿性,袖子拆卸細(xì)節(jié)及拆卸后馬甲效果如圖10所示。

圖10 可拆卸袖子效果圖Fig.10 Removable sleeve effect.(a)Disassembly in progress;(b)After disassembly

LED軟燈條通過強(qiáng)力背膠魔術(shù)貼粘在騎行服后背發(fā)光區(qū)域內(nèi),端子線通過預(yù)留的魔術(shù)貼及氣眼隱藏通道進(jìn)入背部口袋內(nèi)與硬件開發(fā)板上的對(duì)應(yīng)的XH-2P接插件連接,電路連接實(shí)物如圖11所示。

圖11 LED燈條電路連接實(shí)物圖Fig.11 LED light bar circuit connection physical diagram.(a)Velcro hidden channel;(b)Air-eye hidden channel

將拐彎預(yù)警系統(tǒng)硬軟件和城市休閑騎行服結(jié)合,得到具備拐彎預(yù)警功能的智能休閑騎行服。當(dāng)左轉(zhuǎn)預(yù)警時(shí),LED燈條發(fā)光效果如圖12所示。

圖12 左轉(zhuǎn)預(yù)警發(fā)光效果圖Fig.12 Left turn warning luminous effect.(a)Detail picture;(b)Riding effect

3 拐彎預(yù)警功能騎行服效果測(cè)試

3.1 系統(tǒng)功能測(cè)試

系統(tǒng)功能測(cè)試包括測(cè)試軟件系統(tǒng)功能以及軟硬件部分的聯(lián)通是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。使用手機(jī)安裝騎行導(dǎo)航APP,手動(dòng)進(jìn)行各功能的測(cè)試,觀察實(shí)際結(jié)果是否符合預(yù)期。測(cè)試結(jié)果見表2,測(cè)試結(jié)果均與預(yù)期一致,拐彎預(yù)警系統(tǒng)功能正常。

表2 拐彎預(yù)警系統(tǒng)功能測(cè)試表Tab.2 Cornering warning system function test table

3.2 及時(shí)性測(cè)試

拐彎預(yù)警系統(tǒng)在保證準(zhǔn)確性的前提下,預(yù)警及時(shí)性也至關(guān)重要。在騎行導(dǎo)航過程中,當(dāng)拐彎預(yù)警提示信息出現(xiàn)時(shí),騎行者到路口的距離為預(yù)警距離。拐彎預(yù)警提示信息出現(xiàn)的時(shí)間和LED燈發(fā)光的時(shí)間差值為預(yù)警延遲時(shí)間,預(yù)警延遲時(shí)間越小,系統(tǒng)及時(shí)性能越好。預(yù)警距離是拐彎預(yù)警是否能夠及時(shí)有效對(duì)后方司機(jī)進(jìn)行示警的重要因素,預(yù)警距離是根據(jù)GPS定位預(yù)算騎行者到路口的距離,網(wǎng)絡(luò)正常的情況下,高德導(dǎo)航GPS定位室外誤差在10 m以內(nèi),誤差較小。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象選擇一名騎行愛好者,身穿拐彎預(yù)警功能智能騎行服在上海市郊外車流較少的公路進(jìn)行騎行導(dǎo)航拐彎測(cè)試,在自行車上固定一個(gè)手機(jī)支架,測(cè)試過程全程開啟屏幕錄制。將手機(jī)固定在自行車手機(jī)支架上防止誤觸。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者騎車跟在實(shí)驗(yàn)對(duì)象后方,在實(shí)驗(yàn)對(duì)象開啟屏幕錄制的同時(shí)打開手機(jī)秒表,通過多次點(diǎn)擊計(jì)時(shí)按鈕,可以記錄多個(gè)時(shí)刻。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者時(shí)刻觀察智能騎行服在實(shí)驗(yàn)對(duì)象騎行過程中的發(fā)光圖案顯示,在發(fā)光圖案出現(xiàn)的一瞬間按下計(jì)時(shí)按鈕記錄下數(shù)據(jù)。屏幕錄制視頻的時(shí)間和計(jì)時(shí)時(shí)間同步。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后觀察屏幕錄制視頻中預(yù)警距離和預(yù)警時(shí)間,對(duì)比預(yù)警時(shí)間和計(jì)時(shí)時(shí)間可以直觀分析出騎行拐彎預(yù)警系統(tǒng)在實(shí)際騎行導(dǎo)航過程是否有延遲性。

對(duì)比可得,預(yù)警時(shí)間和發(fā)光時(shí)間相差在0～1 s內(nèi),考慮到人眼看到發(fā)光顯示所需反應(yīng)時(shí)間和計(jì)時(shí)動(dòng)作所需時(shí)間,該時(shí)間差可以忽略不計(jì),即拐彎預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警延遲時(shí)間幾乎為0 s,說明系統(tǒng)反應(yīng)迅速,在預(yù)警信息出現(xiàn)的同時(shí)可控制發(fā)光警示圖案發(fā)光。不同拐彎類型的預(yù)警距離如圖13所示。

圖13 不同拐彎類型下的預(yù)警距離Fig.13 Warning distance under different cornering types

當(dāng)騎行左轉(zhuǎn)時(shí),預(yù)警距離平均數(shù)為51.1 m;當(dāng)騎行右轉(zhuǎn)時(shí),預(yù)警距離平均數(shù)為50.1 m。騎行拐彎左轉(zhuǎn)警示燈的警示對(duì)象一般為機(jī)動(dòng)車司機(jī)和非機(jī)動(dòng)車道上車速較快的電動(dòng)車,右轉(zhuǎn)警示燈的警示對(duì)象一般為非機(jī)動(dòng)車道上車速較快的電動(dòng)車。汽車和電動(dòng)車在城市公路上的行駛平均速度分別為80和30 km/h,汽車司機(jī)和電動(dòng)車司機(jī)看到自行車騎行者的拐彎預(yù)警后進(jìn)行剎車的剎車距離分別為53.7和12.7 m[20-21],駕駛者在路口通常會(huì)減速慢行,實(shí)際的剎車距離會(huì)更小。因此本文系統(tǒng)的預(yù)警距離可以很好地保障騎行拐彎預(yù)警的有效性和騎行者的騎行安全。

4 結(jié)束語

基于自行車騎行拐彎安全性較差現(xiàn)狀和拐彎預(yù)警智能可穿戴不夠及時(shí)準(zhǔn)確和安全智能的問題,對(duì)可應(yīng)用于騎行拐彎預(yù)警的智能休閑騎行服進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究,探索了導(dǎo)航信息可視化在服裝中的表達(dá)。以高集成性和易用性的Android端手機(jī)為開發(fā)平臺(tái),引入高德地圖應(yīng)用程序提供的免費(fèi)Android地圖SDK、定位SDK和導(dǎo)航SDK 3項(xiàng)開發(fā)接口,設(shè)計(jì)了具有騎行導(dǎo)航、用戶定位、路線規(guī)劃功能的手機(jī)APP。通過拐彎預(yù)警信息的識(shí)別及分類算法對(duì)導(dǎo)航預(yù)警提示信息進(jìn)行識(shí)別和分類。將不同類別導(dǎo)航預(yù)警提示信息通過藍(lán)牙傳輸?shù)接布{(lán)牙上,單片機(jī)根據(jù)收到的信息控制不同LED燈條發(fā)光。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)拐彎預(yù)警系統(tǒng)的及時(shí)準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證,發(fā)現(xiàn)預(yù)警時(shí)間和發(fā)光時(shí)間的差值幾乎為0 s,驗(yàn)證了拐彎預(yù)警系統(tǒng)反應(yīng)迅速。左轉(zhuǎn)預(yù)警距離和右轉(zhuǎn)預(yù)警距離分別為51.1和50.1 m,即騎行者距離拐彎處50 m左右時(shí),智能休閑騎行服便可自動(dòng)發(fā)出拐彎預(yù)警信號(hào),改善了常規(guī)產(chǎn)品拐彎警示未發(fā)生在拐彎前的警示滯后性?；谝陨显O(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)過程,豐富了同類智能可穿戴的設(shè)計(jì)研究思路,為人機(jī)交互技術(shù)、導(dǎo)航信息可視化的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。